應對軟感應挑戰的絕佳解決方案

從倉庫到醫院，在各個地方使用軟機器人來幫助人類搬運物品，治療患者和收集信息。隨著對這些機器人的興趣不斷增長，科學家們正在開發各種方法，以賦予它們自然軟組織中發現的那種傳感能力。

但是，這種嘗試帶來了很多挑戰。大多數類型的觸覺皮膚在人們想要檢測觸摸的每個位置都需要一根電線。當涉及到較大的區域時，導線最終看起來可能像是一個大燕窩。

更糟糕的是，這種復雜的電氣接口可能會破壞系統。“這些電線在智能手機和其他設備等堅硬的外殼中可能很好，但是如果您談論的是織物，皮膚或其他柔軟的東西，那么所有這些電線突然會成為故障的根源，”合伙人卡梅爾·馬吉迪說。卡內基梅隆大學機械工程學教授。

那么如何避免這種麻煩呢?來自他的軟機實驗室的Majidi和Tess Hellebrekers開發了一種優雅的解決方案：具有單個感應元件的柔軟磁性皮膚。他們的發現發表在《高級智能系統》上。

這種柔軟的皮膚就像可拉伸的磁鐵，可以放在機器人，自然的皮膚或其他材料上，以賦予它們觸感。它由載有數百萬個微粒的硅橡膠組成。每個粒子都有一個北極和一個南極，它們產生一個磁場。當材料與另一物體接觸時，橡膠會檢測到移動，所有這些微粒都會開始四處移動，從而改變橡膠內的內部磁場。

這些變化在磁場然后將通過磁力計，嵌在磁性皮膚的電子芯片進行檢測。通過測量這些變化，磁力計可以推斷出觸點的位置和強度。換句話說，它可以估計觸摸的位置以及觸摸在材料表面上按壓的力度。

“我認為力量和接觸是大多數皮膚感應的兩個主要興趣，因為我們的皮膚也可以做到這一點，”機器人學博士學位的赫勒布雷克斯說。

此外，這種皮膚無需直接觸摸材料表面即可感知接觸。馬吉迪說：“磁鐵的優點是它們可以穿透空氣。” “您不必具有物理連接即可感應該磁場。”

由于這種特性，磁性皮膚可以發展成為醫學上的絕佳工具。科學家和醫生對在醫學中尤其是在胃腸道(GI)內窺鏡中使用軟機器人越來越感興趣。盡管它們取得了長足的進步，但仍然難以集成電子設備和傳感器，因為它們往往非常笨重且堅固，這會干擾內窺鏡的移動性。

這就是Majidi的團隊對應用新發現感到興奮的原因。Majidi說：“在像機器人內窺鏡這樣的領域中，您希望引入傳感功能但又不想使用笨重的電子設備和大量布線的情況下，這種材料可能是一種突破。”

為了進一步增強磁性皮膚，Majidi的團隊將研究如何檢測沿類似于導管內窺鏡的圓柱形物體的力。它們還旨在擴大皮膚的感應范圍。目前，磁性皮膚可以在連續的1.5 cm²區域上定位接觸。研究人員正在研究使磁性微粒產生更大磁場或將磁力計放置在不同位置的方法。

盡管他們的項目仍在開發中，但這為軟機器人傳感技術打開了新的大門。Hellebrekers說：“我真的很喜歡這個系統，因為我們可以在沒有任何電氣接口的情況下測量磁場。” “這給了我們更多的設計自由，可以更容易地將其集成到不同的系統中。”